KR102130290B1 - 충방전 제어 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

충방전 제어 회로 및 배터리 장치 Download PDF

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Abstract

[과제]
충전기가 역접속되었을 때에도, 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공한다.
[해결 수단]
충전기 역접속 검출 회로로부터의 충전기 역접속을 검출한 검출 신호를 받아 온되는 스위치 회로를 구비하고, 전원 단자로부터 접지 단자에 전류를 흘리는 소비 전류 증가 회로를 구비한 충방전 제어 회로.

Description

충방전 제어 회로 및 배터리 장치{CHARGE AND DISCHARGE CONTROL CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은, 충전기의 역접속을 검지하는 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 관한 것으로, 특히, 충전기를 반대로 접속했을 때 충방전 제어 회로 및 배터리 장치가 파괴되는 것을 방지하는 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
현재, 여러 가지 휴대형 전자기기가 보급되어 있다. 이들 휴대형 전자기기는, 통상적으로 배터리를 탑재한 배터리 장치에 의해 구동되고 있다. 도 4에, 종래의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도를 나타낸다. 종래의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 과충전 검출 회로 (411) 와, 과방전 검출 회로 (412) 와, 과전류 검출 회로 (413) 와, 지연 회로 (415) 와, 논리 회로 (417) 와, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 와, VDD 단자 (111) 와, VSS 단자 (112) 와, DO 단자 (113) 와, CO 단자 (114) 와, VM 단자 (115) 와, 외부 단자 (120, 121) 와, 이차 전지 (101) 와, 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 와, 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 와, 저항 (104) 을 구비하고 있다.
충전기의 정극 (正極) 단자가 외부 단자 (121) 에 접속되고, 충전기의 부극 (負極) 단자가 외부 단자 (120) 에 접속된 충전기 역접속 상태가 되면, VM 단자 (115) 및 외부 단자 (121) 의 전압은, 통상적으로 접지 전압 부근이지만, 이차 전지 (101) 의 전압인 전원 전압 부근이 된다. VM 단자 (115) 의 전압이 소정 전압이 되면, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 는 충전기 역접속을 검출하여 논리 회로 (417) 에 신호를 출력하고, 논리 회로 (417) 는 High 및 Lo 를 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 및 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 의 게이트에 각각 출력한다. 이 때, 충전기 역접속이 검출된 후 하이 신호 및 로 신호가 출력되기까지의 사이에 지연 시간은 존재하지 않는다. 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 가 온되어 전류를 흘리고, 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 가 오프되어 기생 다이오드에 의한 충전 전류만을 흘려, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 는 이차 전지 (101) 의 방전을 정지시킨다.
이렇게 하여, 충전기 역접속 상태가 되었을 때 이차 전지 (101) 의 방전을 정지시킨다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2009-247100호
그러나 종래의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에서는, 충전기의 역접속을 검출하여 이차 전지의 방전을 정지 후, VM 단자 (115) 로부터 기생 다이오드를 통하여 VDD 단자 (111) 로 전류가 흐른다는 과제가 있었다.
충전기 역접속을 검출하여 방전이 정지되면, VM 단자 (115) 의 전압은 이차 전지의 전압에 충전기의 전압이 가산된 값이 되어, VDD 단자 (111) 의 전압보다 VM 단자 (115) 의 전압 쪽이 높아진다. 그리고, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 에 접속되어 있는 기생 다이오드에 의해, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 를 향하여 전류가 흐른다. 이 전류는, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111), 외부 단자 (120) 로 흐른다. 이 전류를 Ivm 으로 하고, 이차 전지의 전압을 Vbat, VDD 단자 (111) 로부터 외부 단자 (120) 간의 저항치를 R1, 충방전 제어 회로의 VDD 단자 (111) 와 VSS 단자 (112) 간의 내압을 Vmax 로 하면, 충방전 제어 회로의 VDD 단자 (111) 와 VSS 단자 (112) 사이에는, Vbat ＋ Ivm × R1 의 전압이 걸린다.
이 때에, (Vbat ＋ Ivm × R1) ＞ Vmax 가 되면, 충방전 제어 회로에 내압 이상의 전압이 걸리게 된다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 고안된 것으로서, 충전기 역접속시, VM 단자로부터 기생 다이오드를 통하여 VDD 단자로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있기 때문에, 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 실현하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
충전기 역접속 검출 회로로부터의 충전기 역접속을 검출한 검출 신호를 받아 온되는 스위치 회로를 구비하고, 전원 단자로부터 접지 단자로 전류를 흘리는 소비 전류 증가 회로를 구비한 충방전 제어 회로. 또, 그 충방전 제어 회로를 구비한 배터리 장치.
본 발명의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 충전기 역접속을 검출한 후, VDD 단자로부터 흘러나오는 전류를 감소시킴으로써, 충방전 제어 회로의 VDD 단자와 VSS 단자 사이의 전압 상승을 방지할 수 있고, 충방전 제어 회로에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
도 2 는 제 2 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
도 3 은 제 3 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
도 4 는 종래의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
이하, 본 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
＜제 1 실시형태＞
도 1 은, 제 1 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
제 1 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 이차 전지 (101) 와, 저항 (102, 104) 과, 용량 (103) 과, 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 와, 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 와, 충방전 제어 회로 (100) 와, 외부 단자 (120, 121) 로 구성되어 있다. 충방전 제어 회로 (100) 는, 제어 회로 (105) 와, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 와, 소비 전류 증가 회로 (130) 와, VDD 단자 (111) 와, VSS 단자 (112) 와, DO 단자 (113) 와, CO 단자 (114) 와, VM 단자 (115) 로 구성되어 있다. 소비 전류 증가 회로 (130) 는 스위치 회로 (131) 로 구성되어 있다.
이차 전지 (101) 는, 정극은 외부 단자 (120) 와 저항 (102) 에 접속되고, 부극은 용량 (103) 과 VSS 단자 (112) 와 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 의 소스 및 백 게이트에 접속된다. 저항 (102) 의 다른 일방의 단자는 용량 (103) 의 다른 일방의 단자와 VDD 단자 (111) 에 접속된다. 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 는, 게이트는 DO 단자 (113) 에 접속되고, 드레인은 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 의 드레인에 접속된다. 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 는, 게이트는 CO 단자 (114) 에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 외부 단자 (121) 와 저항 (104) 에 접속된다. 저항 (104) 의 다른 일방의 단자는 VM 단자 (115) 에 접속된다. 제어 회로 (105) 는, 제 1 입력은 VDD 단자 (111) 에 접속되고, 제 2 입력은 VSS 단자 (112) 에 접속되고, 제 3 입력은 VM 단자 (115) 에 접속되고, 제 4 입력은 충전기 역접속 검출 회로 (106) 의 제 1 출력에 접속되고, 제 1 출력은 DO 단자 (113) 에 접속되고, 제 2 출력은 CO 단자 (114) 에 접속된다. 스위치 회로 (131) 는, 일방의 단자는 VDD 단자 (111) 에 접속되고, 다른 일방의 단자는 VSS 단자 (112) 에 접속된다. 충전기 역접속 검출 회로 (106) 는, 입력은 VM 단자 (115) 에 접속되고, 제 2 출력은 스위치 회로 (131) 에 접속되어 온오프를 제어한다.
제 1 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
외부 단자 (120) 에 충전기의 정극, 외부 단자 (121) 에 충전기의 부극이 접속되어 이차 전지 (101) 를 충전하고, 이차 전지 (101) 의 전압이 높아져 소정 전압 이상이 되면, 제어 회로 (105) 는 과충전 상태를 검출하여 CO 단자 (114) 로 Lo 의 신호를 출력한다. 그리고, 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 를 오프시켜 이차 전지 (101) 에 대한 충전을 정지시킨다.
외부 단자 (120 과 121) 사이에 부하가 접속되고 이차 전지 (101) 의 전압이 낮아져 소정 전압 이하가 되면, 제어 회로 (105) 는 과방전 상태를 검출하여 DO 단자 (113) 로 Lo 의 신호를 출력한다. 그리고, 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 를 오프시켜 이차 전지 (101) 로부터의 방전을 정지시킨다.
외부 단자 (120 과 121) 사이에 비정상적인 방전 전류가 흐르면, VM 단자 (115) 의 전압이 상승하여 제어 회로 (105) 에서 방전 과전류 상태를 검출한다. 그리고, DO 단자 (113) 로 Lo 의 신호를 출력하여 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 를 오프시켜, 이차 전지 (101) 로부터 비정상적인 방전 전류가 흐르는 것을 정지시킨다.
외부 단자 (120 과 121) 사이에 비정상적인 충전 전류가 흐르면, VM 단자 (115) 의 전압이 하강하여 제어 회로 (105) 에서 충전 과전류 상태를 검출한다. 그리고, CO 단자 (114) 로 Lo 의 신호를 출력하고 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 를 오프시켜, 이차 전지 (101) 로부터 비정상적인 충전 전류가 흐르는 것을 정지시킨다.
외부 단자 (120) 에 충전기의 부극, 외부 단자 (121) 에 충전기의 정극이 접속되어, 즉, 충전기를 반대로 접속한 충전기 역접속 상태의 경우, VM 단자 (115) 및 외부 단자 (121) 의 전압은, 이차 전지 (101) 의 전압인 전원 전압 부근이 된다. 또한, VM 단자 (115) 의 전압이 소정 전압이 되면, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 는 충전기 역접속 상태를 검출하여 제어 회로 (105) 로 신호를 출력하고, 제어 회로 (105) 로부터 CO 단자 (114) 로 High 의 신호를, DO 단자 (113) 로 Lo 의 신호를 출력시킨다. 이렇게 하여, 충전기 역접속 상태일 때 충전 제어용 NchFET 트랜지스터 (108) 를 온시켜 방전 전류만을 흘리고, 방전 제어용 NchFET 트랜지스터 (107) 를 오프시켜 기생 다이오드에 의해 충전 전류만을 흘리고 방전 전류를 멈춰 이차 전지 (101) 의 방전을 정지시킨다.
동시에, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 는 충전기 역접속을 검출하여, 소비 전류 증가 회로 (130) 의 스위치 회로 (131) 를 온시키고, VDD 단자 (111) 로부터 VSS 단자 (112) 로 흐르는 소비 전류를 증가시킨다. VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 에는, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 를 순방향으로 하는 기생 다이오드 (110) 가 존재한다. 충전기 역접속을 검출하여 방전이 정지되면, VM 단자 (115) 의 전압은, 이차 전지 (101) 의 전압에 충전기 전압이 가산된 값이 되어, VDD 단자 (111) 보다 VM 단자 (115) 쪽이 높아진다. 따라서, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 에 접속되어 있는 기생 다이오드 (110) 를 통하여, VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111) 로 전류가 흐른다. 이 전류를 Ivm 이라고 하면 Ivm 은 VM 단자 (115) 로부터 VDD 단자 (111), 저항 (102), 외부 단자 (120) 를 향하여 흐른다.
소비 전류 증가 회로 (130) 가 동작하여, VDD 단자 (111) 로부터 VSS 단자 (112) 로 흐르는 전류치를 Ids 로 한다. 그리고, 이차 전지 (101) 의 전압을 Vbat, 저항 (102) 의 저항치를 R1, 충방전 제어 회로 (100) 의 VDD 단자 (111) 와 VSS 단자 (112) 사이의 내압을 Vmax 로 하면, 충방전 제어 회로 (100) 의 VDD 단자 (111) 와 VSS 단자 (112) 사이에는, Vbat ＋ (Ivm － Ids) × R1 의 전압이 발생한다. 이 때, {Vbat ＋ (Ivm － Ids) × R1} ＜ Vmax 의 관계를 만족하도록 소비 전류 증가 회로 (130) 의 전류치 Ids 를 조절함으로써, 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 하여, 충전기 역접속 상태에서 기생 다이오드 (110) 를 통하여 흐르는 전류의 일부를 VSS 단자 (112) 로 흘림으로써, 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이상에 의해, 제 1 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 충전기 역접속을 검출한 후, 기생 다이오드를 통하여 VDD 단자로부터 흘러나오는 전류를 감소시켜, 충방전 제어 회로에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
＜제 2 실시형태＞
도 2 는, 제 2 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
제 1 실시형태와의 차이는 스위치 회로 (131) 와 VDD 단자 (111) 사이에 임피던스 소자인 저항 (201) 을 삽입한 점이다. 그 밖에는 제 1 실시형태와 동일하다.
제 2 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
과충전 상태, 과방전 상태, 과전류 상태, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 의 동작은 제 1 실시형태와 동일하다. 충전기 역접속 상태가 되어 충전기 역접속 검출 회로 (106) 가 스위치 회로 (131) 를 온시키면 소비 전류 증가 회로 (130) 가 동작되고, VDD 단자 (111) 로부터 VSS 단자 (112) 로 전류치 Ids 가 흐른다. 이 전류치 Ids 를 저항 (201) 의 저항치를 조절함으로써 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 하여, 충전기 역접속 상태에서 기생 다이오드 (110) 를 통하여 흐르는 전류의 일부를 VSS 단자 (112) 로 흘림으로써, 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이상에 의해 제 2 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 충전기 역접속을 검출한 후, 기생 다이오드를 통하여 VDD 단자로부터 흘러나오는 전류를 감소시켜, 충방전 제어 회로에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
＜제 3 실시형태＞
도 3 은, 제 3 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 회로도이다.
제 2 실시형태와의 차이는 저항 (201) 을 정전류 회로 (301) 로 변경한 점이다. 그 밖에는 제 2 실시형태와 동일하다.
제 3 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
과충전 상태, 과방전 상태, 과전류 상태, 충전기 역접속 검출 회로 (106) 의 동작은 제 2 실시형태와 동일하다. 충전기 역접속 상태가 되어 충전기 역접속 검출 회로 (106) 가 스위치 회로 (131) 를 온시키면 소비 전류 증가 회로 (130) 가 동작되고, VDD 단자 (111) 로부터 VSS 단자 (112) 로 전류치 Ids 가 흐른다. 이 전류치 Ids 를 정전류 회로 (301) 로 조절함으로써 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 하여, 충전기 역접속 상태에서 기생 다이오드 (110) 를 통하여 흐르는 전류의 일부를 VSS 단자 (112) 로 흘림으로써, 충방전 제어 회로 (100) 에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이상에 의해 제 3 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는, 충전기 역접속을 검출한 후, 기생 다이오드를 통하여 VDD 단자로부터 흘러나오는 전류를 감소시켜, 충방전 제어 회로에 내압 이상의 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
100 : 충방전 제어 회로
101 : 이차 전지
105 : 제어 회로
106 : 충전기 역접속 검출 회로
107 : 방전 제어용 NchFET 트랜지스터
108 : 충전 제어용 NchFET 트랜지스터
110 : 기생 다이오드
120, 121 : 외부 단자
130 : 소비 전류 증가 회로
131 : 스위치 회로
201 : 저항
301 : 정전류 회로
411 : 과충전 검출 회로
412 : 과방전 검출 회로
413 : 과전류 검출 회로
415 : 지연 회로
417 : 논리 회로

Claims (4)

  1. 이차 전지의 정극, 및 충전기의 일방의 단자가 접속되는 제 1 외부 단자에 접속되는 제 1 전원 단자와,
    상기 이차 전지의 부극에 접속되는 제 2 전원 단자와,
    상기 충전기의 타방의 단자가 접속되는 제 2 외부 단자에 접속되는 외부 전압 입력 단자와,
    상기 제 1 및 제 2 외부 단자에 상기 충전기가 반대로 접속된 것을 검출하고, 검출 신호를 출력하는 충전기 역접속 검출 회로와,
    상기 검출 신호가 출력되고 있을 때, 상기 외부 전압 입력 단자로부터 기생 다이오드를 통하여 상기 제 1 전원 단자에 흐르는 전류의 일부를 상기 제 2 전원 단자로 흘리는 소비 전류 증가 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소비 전류 증가 회로는, 상기 제 1 전원 단자와 상기 제 2 전원 단자 사이에 접속된 스위치 회로를 구비하고, 상기 스위치 회로는, 상기 검출 신호가 출력되고 있을 때에 온하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소비 전류 증가 회로는, 상기 스위치 회로와 직렬로 접속된 임피던스 소자를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  4. 이차 전지와,
    상기 이차 전지의 충방전 경로에 형성된 충방전 제어 스위치와,
    상기 이차 전지의 전압을 감시하고, 상기 충방전 제어 스위치를 개폐함으로써 상기 이차 전지의 충방전을 제어하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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